KR20010026714A - 극미세 분말 분쇄기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극미세 분말 분쇄기에 관한 것으로, 분쇄 대상물을 분쇄하기 위한 공간부가 구비된 분쇄통과, 상기 분쇄통의 내부에 서로 대향되게 설치되는 한 쌍의 회전원판과, 상기 한 쌍의 회전원판에 고정되는 복수개의 분쇄봉과, 상기 회전원판을 회전시키기 위한 구동수단과, 상기 분쇄통의 상부에 고정되고 상기 한 쌍의 회전원판의 사이로 분쇄 대상물을 투입시키기 위한 투입호퍼와, 상기 분쇄통의 하단부에 고정되는 배출슈트를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명은 종래 비하여 더 미세한 분말을 얻을 수 있으며, 또한 분말자체의 운동력에 의하여 외부로부터 다른 에너지의 공급이 필요하지 않게 되는 장점이 있다. 또, 기계적으로 활성화를 시키기 때문에 하나의 공정 안에서 이루어지고 이에 따른 에너지 절약이 가능한 장점이 있다. 또한, 여러 가지 형상의 압출성형물을 생산할 수 있는 장점도 있다. 그리고, 분쇄봉이 특수 경질금속을 부착하여 금속경질층을 형성한 것이므로 때문에 종래의 분쇄칼날 보다 내마모성이 훨씬 좋아 사용기간이 대폭적으로 연장되는 장점이 있다.

Description

극미세 분말 분쇄기{MICROMINIATURE POWDERING MACHINE}

본 발명은 극미세 분말 분쇄기에 관한 것으로, 특히 분쇄할 때에 고무류 분말의 운동을 극대화시킴으로써 분말을 활성화시켜 고무류의 극미세 분말화가 용이하게 되는 에너지 절약형 극미세 분말 분쇄기에 관한 것이다.

최근 산업폐기물의 발생이 증가함에 다라 환경적, 사회적 및 경제적으로 문제가 대두되고 있으며, 이러한 산업폐기물을 처리하기 위한 분쇄기에서 가장 어려운 점은 유리전이점(Tg)이 낮은 고무류를 분말화함에 있어서 분쇄할 때에 마찰력으로 인하여 분말화가 곤란하다는 점이다.

종래의 고무를 분말화하는 방법은 액체질소를 주입하여 고무를 유리전이점 이하로 냉각시킨 다음 유리상에서 분쇄하는 방법을 사용하였으나 이는 액체질소가 비싸기 때문에 현실적으로 시도되지 않았고, 액체질소 대신 액화천연가스(LNG)를 사용하려는 연구가 진행되고 있으나 LNG 기지가 있는 일정한 장소에서만 가능하고 여러 가지 기술적인 제약이 따르게 된다.

따라서, 통상 비교적 가격이 저렴한 상온 분쇄법을 사용하고 있는데 분쇄시 마찰력으로 인하여 분말 고무의 물성이 매우 떨어지고 분쇄할 때에 엉겨 붙는 현상이 유발되는 등의 이유로 극미세 분말화가 어려워 재활용에 큰 장애가 되고 있으며, 분쇄시에 많은 에너지가 요구되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 결함 및 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 분쇄할 때에 고무류 분말의 운동을 극대화시킴으로써 분말을 활성화(actibation)시켜 고무류의 극미세 분말화가 용이하게 되는 에너지 절약형 극미세 분말화 분쇄기를 제공하려데 목적이 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 의한 극미세 분말 분쇄기에 관한 도면으로서,

도 1은 극미세 분말 분쇄기의 전체 종단면도.

도 2는 일측 회전원판의 구성을 보인 것으로, (a)는 평면도, (b)는 종단면도를 보인 것이다.

도 3은 타측 회전원판의 구성을 보인 것으로, (a)는 평면도, (b)는 종단면도를 각각 보인 것이다.

도 4는 양쪽 회전원판이 결합된 형태를 보인 사시도.

도 5는 분쇄봉을 보인 것으로, (a)는 사시도, (b)는 종단면도를 각각 보인 것이다.

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 분쇄통 2 : 일측 회전원판

2c : 구멍 3 : 타측 회전원판

3b : 축 4 : 금속경질층

5 : 투입호퍼 6 : 자석

7 : 배출슈트 8 : 분쇄봉

8a : 강철봉 8b : 금속경질층

10 : 구동수단 11 : 모터

20 : 분쇄 스크류 21 : 분쇄통

26 : 배출슈트 27 : 투입호퍼

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 극미세 분말 분쇄기는 분쇄 대상물을 분쇄하기 위한 공간부가 구비된 분쇄통과, 상기 분쇄통의 내부에 서로 대향되게 설치되는 한 쌍의 회전원판과, 상기 한 쌍의 회전원판에 고정되는 복수개의 분쇄봉과, 상기 한 쌍의 회전원판을 회전시키기 위한 구동수단과, 상기 분쇄통의 상부에 고정되고 상기 한 쌍의 회전원판의 사이로 분쇄 대상물을 투입시키기 위한 투입호퍼와, 상기 분쇄통의 하단부에 고정되는 배출슈트를 포함하여 구성된다.

상기 한 쌍의 회전원판은 분쇄통의 내부에 그들 사이에 분쇄 대상물이 통과하도록 공간부를 두고 대향되게 설치됨과 아울러 회전 가능하게 축으로 각각 축착되고, 상기 일측 회전원판의 상부에는 구멍이 형성되고, 상기 분쇄통의 상부에 구비된 투입호퍼의 하단부가 일측 회전원판의 구멍에 연결되어 구성된다.

상기 분쇄통의 주벽 하단부의 일측에는 분쇄 대상물에 혼입된 철분을 제거하기 위한 자석이 결합되어 구성된다.

상기 분쇄봉은 스테인레스강의 강철봉으로 형성되고, 상기 강철봉의 일부에는 텅스텐-코발트 합금의 금속경질층이 소결되어 적층 형성된 것이다.

그리고, 상기 분쇄통의 내면에도 텅스텐-코발트 합금의 금속경질층이 적층 형성될 수 있다.

상기 양쪽 회전원판을 회전시키기 위한 구동수단에는 회전원판의 축이 결합되는 모터가 이용된다.

한편, 본 발명의 극미세 분말 분쇄기는 상기 분쇄기의 하부에 분쇄 스크류를 설치하여 분쇄 대상물이 2단계로 분쇄하거나 성형물을 압출성형하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 상부 분쇄통에 설치되는 배출슈트와, 상기 하부 분쇄통에 설치되는 투입호퍼는 필요에 따라 분리시키고 막음판으로 대체하여 막을 수 있도록 착탈 가능하게 결합되어 구성된다.

상기 하부 분쇄통의 배출단부에 분쇄된 분말을 배출시키기 위한 배출슈트와, 성형품을 압출 성형하기 위한 압출헤드를 교체하여 결합하도록 착탈 가능하게 결합하여 구성된다.

상기 한 쌍의 회전원판은 필요에 따라 각각 별도의 모터에 축결합되어 서로 독립적으로 회전하도록 구성될 수 있고, 양쪽 회전원판의 회전방향 및 속도를 변경하여 운전할 수 있으며, 또한 일측 회전원판은 정지시키고, 타측 회전원판의 회전방향 및 속도를 변경하여 운전할 수도 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 의한 극미세 분말 분쇄기에 관한 도면으로서, 도 1에는 극미세 분말 분쇄기의 전체 종단면도를 보인 것이고, 도 2는 일측 회전원판의 구성을 보인 것으로, (a)는 평면도, (b)는 종단면도를 각각 보인 것이며, 도 3은 타측 회전원판의 구성을 보인 것으로, (a)는 평면도, (b)는 종단면도를 각각 보인 것이다.

그리고, 도 4는 양쪽 회전원판의 결합 구성을 보인 사시도이고, 도 5는 분쇄봉을 보인 것으로, (a)는 사시도, (b)는 종단면도를 각각 보인 것이다.

이에 도시한 바와 같이, 예를들어 원통형 분쇄통(1)의 내부에 한 쌍의 회전원판(2),(3)이 회전 가능하게 축(2b),(3b)으로 축착되어, 이 양측 회전원판(2),(3)이 그들 사이에 분쇄 대상물이 통과하도록 공간부를 두고 대향되게 설치되어 있으며, 상기 일측 회전원판(2)의 상부에는 구멍(2c)이 형성되고, 분쇄통(1)의 상부에 구비된 투입호퍼(5)의 하단부가 일측 회전원판(2)의 구멍(2c)에 분쇄 대상물을 투입할 수 있도록 결합되어 투입호퍼(5)에서 투입되는 분쇄 대상물이 일측 회전원판(2)과 타측 회전원판(3) 사이의 공간부로 투입되도록 구성되어 있다.

또, 상기 분쇄통(1)의 주벽 하단부의 일측에는 분쇄 대상물에 혼입된 철분을 제거하기 위한 자석(6)이 결합되고, 상기 양쪽 회전원판(3)을 회전 구동시키기 위한 구동수단(10)이 구비되어 있으며, 분쇄통(1)의 주벽 하단부의 타측에는 배출슈트(7)가 결합되어 있다.

도 1 내지 도 3과 같이, 상기 일측 회전원판(2)과 타측 회전원판(3)의 서로 대향하는 내면에는 복수개의 분쇄봉(8)이 각각 고정되어 있다.

상기 양측 회전원판(2),(3)의 분쇄봉(8)이 결합되는 면에는 여러개의 환상구역(2a),(3a)이 동심원상으로 구분되어 각 환상구역(2a),(3a)에 분쇄봉(8)이 각각 결합되며, 일측 회전원판(2)에는 환상구역(2a)이 적게 형성되고, 타측 회전원판(3)에는 환상구역(2a),(3a)이 보다 많게 형성되어, 타측 회전원판(3)에 상대적으로 보다 많은 분쇄봉(8)이 결합될 수 있다.

물론, 상기 양측 회전원판(2),(3)에 구분되는 환상구역(2a),(3a) 및 결합되는 분쇄봉(8)의 설치개수는 작업 형태에 따라 여러 가지로 변경하여 적용할 수 있다.

또한, 상기 양측 회전원판(2),(3)의 분쇄봉(8)이 결합되는 면은 평면 이외에 볼록면, 오목면, 원추형 등으로 형성될 수 있고, 동심원상의 각 환상구역(2a),(3a)은 홈 형상으로 요입 형성할 수도 있다.

그리고, 양측 회전원판(2),(3)의 서로 대향되는 면을 다양하게 형성함으로써 고무분말의 움직임을 다양하게 유도할 수 있다.

도 5와 같이, 상기 분쇄봉(8)은 예를들어 스테인레스강과 같은 강철봉(8a)으로 형성되고, 이 강철봉(8a)의 일부에는 예를들어 텅스텐-코발트 합금(WCo)과 같은 스테인레스강 보다 경도가 높은 재료가 적층되어 금속경질층(8b)이 형성되어 있다.

이때 금속경질층(8b)을 적층하는 방법은 예를들어, 소결방법으로 적층시키는 것이나, 이외에 다른 방법을 이용하여도 무방하다.

그리고, 상기 분쇄통(1)의 내면에도 상기 텅스텐-코발트 합금(WCo)과 같은 경질재료가 적층되어 금속경질층(4)이 형성된다.

상기 양측 회전원판(2),(3)을 회전시키기 위한 구동수단(10)은 예를들어 양측 회전원판(2),(3)의 축(2b),(3b)이 결합되는 모터(11)이다.

상기 양측 회전원판(2),(3)은 각각의 모터(11)를 제어함으로써 서로 반대 방향으로 회전하도록 구동시킬 수 있으며, 작업형태에 따라 양측 회전원판(2),(3)의 회전방향 및 속도는 제어판에 구비된 키를 조작하여 여러 가지로 변경시켜 작업할 수 있다.

상기한 바와 같은 일측 회전원판(2)과 타측 회전원판(3)이 분쇄통(1)에 설치된 분쇄장치는 독립적으로 적용될 수 있으며, 이 장치의 하부에 분쇄 스크류(20)를 설치하여 분쇄 대상물을 2단계로 분쇄하거나 성형물을 압출성형하도록 적용할 수도 있다.

이 분쇄 스크류(20)는 긴 원통형의 분쇄통(21)의 내부에 스크류(22)가 결합되어 모터(23)의 구동력으로 회전하도록 되어 있으며, 분쇄통(21)의 상부 일측에는 상기 일측 회전원판(2)과 타측 회전원판(3)이 내장된 분쇄통(1)이 연결부(9)로 연결되어 입설되고, 하부 분쇄통(21)의 상부 타측에 고정된 브래키트(12)에 상기 구동수단(10)의 모터(11)가 고정되어 있으며, 하부 분쇄통(21)과 상부 분쇄통(1)의 사이에는 분쇄 대상물의 분말이 투입되는 연결관(25)이 연결되어 있다.

상기 하부 분쇄통(21)의 상측 일단부에는 필요에 따라 분쇄 대상물을 보충하기 위한 투입호퍼(27)가 고정되고 상측 중간부에는 가스가 방출되는 가스 방출구(28)가 형성되어 있으며, 하부 분쇄통(21)의 타단부에는 배출슈트(26)가 고정되어 있다.

상기 배출슈트(7)와 투입호퍼(27)는 필요에 따라 분리시키고 막음판으로 대체하여 막을 수 있도록 착탈 가능하게 결합되며, 상기 배출슈트(26)는 필요에 따라 분리시키고 압출헤드를 결합하여 사용할 수 있도록 착탈 가능하게 결합된다. 그리고, 이 압출헤드에는 예를들어 고무판을 성형할 수 있도록 고무판 성형용 압출헤드가 이용된다.

상기 자석(6)에는 영구자석이 이용되고 필요에 따라 결합하여 사용할 수 있도록 탈부착식으로 결합된다.

도면에서 미설명 부호 24는 본 발명 장치를 기대에 설치할 때에 이용하기 위한 받침부재를 보인 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명 극미세 분말 분쇄기는 일정한 크기, 예컨데 1 ∼ 10mm의 크기로 분쇄된 폐기물을 상부 분쇄통(1)의 투입호퍼(5)로 공급하면, 이 분쇄 대상물은 분쇄통(1)의 내부 한쪽 면에 설치된 일측 회전원판(2)의 구멍(2c)을 통하여, 이 일측 회전원판(2)과 분쇄통(1)의 내부 다른쪽 면에 축착된 타측 회전원판(3) 사이의 공간부로 투입되며, 이 때 양측 회전원판(2),(3)이 모터(11),(11)의 구동력에 의해 예를들어 상대속도 300 ∼ 400m/sec의 회전속도로 서로 반대방향으로 회전하면서 분말이 고속으로 회전하는 양측 회전원판(2),(3)의 분쇄봉(8)에 부딪치고 원심력에 의하여 양측 회전원판(2),(3) 밖으로 튀어나온 고무분말은 분쇄통(1)의 내면에 부딪혀 운동이 활발하게 진행되면서 미세 분말화가 진행된다.

또, 분쇄된 분말에 혼입되어 있는 철분 등의 이물질은 분쇄통(1)의 하단부에 탈부착식으로 설치된 영구자석(6)에 의해 자력선별된다.

그리고, 활성화가 된 분말들은 중력에 의해 하단부로 이동되어 상부 분쇄통(1)의 하단부에 설치된 연결관(25)을 통하여 2차 분쇄장치인 분쇄 스크류(20)의 분쇄통(21) 내부로 공급되며 이 분말이 스크류방식으로 이동되면서 분쇄됨과 아울러 엉김현상이 방지되고 최종적으로 배출슈트(26)로 배출된다.

이와 같은 본 발명 극미세 분말 분쇄기는 에너지 절약과 발열현상 저하의 장점을 지니고 있는 데 이 원리는 다음 수학식 1로 계산되는 바와 같이, 160Kgm²/sec가 물질에 흡수되어 고무분말을 활성화시킨다는 것이다.

E = MV2/t, m = 0.001Kg, VR = 400m/sec

여기서, E는 에너지, m은 분말의 무게, V는 원판(R)의 회전속도, t는 시간이다.

즉, 양측 회전원판(2),(3)이 400m/sec라는 속도로 회전하기 때문에 2개의 원판으로 구성된 일측 회전원판(2)과 타측 회전원판(3)이 분말 입자의 움직임을 여러방향으로 흩어지게 하여 열로 올라가는 에너지를 입자의 운동 에너지로 상쇄시켜 발열현상을 막게 되고, 이로써 종래 분쇄기의 문제점인 마찰에 따른 발열현상으로 인한 입자 끼리의 엉킴현상과 물성 저하를 막음으로써 종래 mm 단위의 큰 입자 분말에 비하여 μm 단위인 극미세 분말을 얻을 있게 되며, 또한 분말자체의 운동력에 의하여 외부로부터 다른 에너지의 공급이 필요하지 않게 된다.

외부로부터의 전기 에너지 주입을 절약할 수 있는 다른 하나는 종래에는 폐타이어에 활성화를 시키고 플라즈마, 이온 빔(ion beam)과 같은 고 에너지를 주사함으로써 표면 개질 효과를 가지게 하였으나, 본 발명 분쇄기에서는 기계적으로 활성화를 시키기 때문에 하나의 공정 안에서 이루어지고 이에 따른 에너지 절약이 가능하다는 것이다.

본 발명에 의한 극미세 분말 분쇄기를 실제 적용함에 있어서 분말을 원하지 않고 시트(sheet) 제조를 원할 경우에는 2차 분쇄장치인 분쇄 스크류(20)의 분쇄통(21) 배출단부에 탈부착식으로 스크린 망이 부착된 T다이를 설치하여 압출형식으로 시트를 제조할 수 있다.

이때 혼합(blending)을 하고자 하는 경우에는 2차 분쇄장치의 유입단부에 설치된 투입호퍼(27)를 통하여 혼합물을 공급할 수 있다. 또, 필요에 따라서는 분쇄통(21)의 선단부 위쪽에 초음파 혼(hone)을 설치하여 폐고무의 탈가교 과정을 촉진시켜 분말화 또는 시트 생성을 촉진시킬 수 있다. 또한, 압출다이를 바꿈으로써 시트 형상 뿐아니라 여러 가지 원하는 형상의 압출재를 생산할 수 있다.

그리고, 분쇄봉(8)을 특수 경질금속을 부착하여 금속경질층(8b)을 형성하였기 때문에 종래의 분쇄칼날 보다 내마모성이 훨씬 좋아 사용기간이 6배 정도 연장될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 종래 분쇄기의 문제점인 마찰에 따른 발열현상으로 인한 입자 끼리의 엉킴현상과 물성 저하를 막음으로써 종래 비하여 더 미세한 분말을 얻을 수 있으며, 또한 분말자체의 운동력에 의하여 외부로부터 다른 에너지의 공급이 필요하지 않게 되는 장점이 있다.

또, 종래에는 폐타이어에 활성화를 시키고 플라즈마, 이온 빔과 같은 고 에너지를 주사함으로써 표면 개질 효과를 가지게 하였으나, 본 발명은 기계적으로 활성화를 시키기 때문에 하나의 공정 안에서 이루어지고 이에 따른 에너지 절약이 가능한 장점이 있다.

또한, 분쇄 스크류의 분쇄통 배출단부에 필요에 따라 여러 가지 형상의 압출헤드를 결합하여 여러 가지 형상의 압출성형물을 생산할 수 있는 장점도 있다.

그리고, 분쇄봉을 특수 경질금속을 부착하여 금속경질층을 형성하였기 때문에 종래의 분쇄칼날 보다 내마모성이 훨씬 좋아 사용기간이 대폭적으로 연장되는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 것이므로, 본 발명의 보호범위는 상기한 실시예에 의해 한정되지 않는다.

Claims (10)

1. 분쇄 대상물을 분쇄하기 위한 공간부가 구비된 분쇄통과, 상기 분쇄통의 내부에 서로 대향되게 설치되는 한 쌍의 회전원판과, 상기 한 쌍의 회전원판에 고정되는 복수개의 분쇄봉과, 상기 양측 회전원판을 회전시키기 위한 구동수단과, 상기 분쇄통의 상부에 고정되고 상기 한 쌍의 회전원판의 사이로 분쇄 대상물을 투입시키기 위한 투입호퍼와, 상기 분쇄통의 하단부에 고정되는 배출슈트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄통의 내부 양측면에 상기 한 쌍의 회전원판이 그들 사이에 분쇄 대상물이 통과하도록 공간부를 두고 대향되게 설치됨과 아울러 상기 양측 회전원판이 회전 가능하게 축으로 축착되고, 상기 일측 회전원판의 상부에는 구멍이 형성되고, 상기 분쇄통의 상부에는 투입호퍼의 하단부가 일측 회전원판의 구멍에 분쇄 대상물을 투입할 수 있도록 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄통의 주벽 하단부의 일측에는 분쇄 대상물에 혼입된 철분을 제거하기 위한 자석이 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 타측 회전원판의 환상구역은 상기 일측 회전원판의 환상구역에 비하여 보다 많게 형성되고, 상기 일측 회전원판 보다 타측 회전원판에 보다 많은 분쇄봉이 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄봉은 스테인레스강의 강철봉으로 형성되고, 상기 강철봉의 일부에는 텅스텐-코발트 합금의 금속경질층이 소결되어 적층 형성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄통의 내면에 텅스텐-코발트 합금의 금속경질층이 적층 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 양측 회전원판을 회전시키기 위한 구동수단은 상기 양측 회전원판의 축이 결합되는 모터인 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
8. 상기 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 분쇄기의 하부에 분쇄 스크류를 설치하여 분쇄 대상물이 2단계로 분쇄하거나 성형물을 압출성형하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 상부 분쇄통에 설치되는 배출슈트와, 상기 하부 분쇄통에 설치되는 투입호퍼는 필요에 따라 분리시키고 막음판으로 대체하여 막을 수 있도록 탈부착식으로 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 하부 분쇄통의 배출단부에 분쇄된 분말을 배출시키기 위한 배출슈트와, 성형품을 압출 성형하기 위한 압출헤드를 교체하여 결합하도록 탈부착식으로 결합하여 구성된 것을 특징으로 하는 극미세 분말 분쇄기.